CN115805714A - 一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，在陶瓷基板上预留膨胀间隙，陶瓷基板和铜管之间的球面缝隙预留膨胀间隙，通过膨胀间隙填充环氧树脂组合物用于消除热膨胀。环氧树脂组合物中首先采用的是取配比为10：1的环氧树脂和固化剂混合，再加入三氧化二铝粉和二氧化硅粉添加剂，使得物理性能更加稳定，三氧化二铝的加入不仅提升了环氧树脂的导热效率，还降低了环氧树脂的体积膨胀系数，再辅以机械加工、研磨、热应力去除等工艺最终得到相对稳定的物理性能，从而消除热膨胀，且制作液冷板时，去除环氧树脂内的气泡，提高液冷板的质量，确保液冷板的散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及电磁辐射用液冷板热膨胀消除技术领域，具体为一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法。
背景技术
医疗核磁电源工作时，金属冷却基材的导电性会产生额外的电磁涡流，极大的影响设备的成像质量和寿命，为了减少电磁涡流的干扰，会使用绝缘材料三氧化二铝即陶瓷作为冷却基材，嵌入铜管水路，辅以环氧树脂粘合剂排除缝隙空气、减少热阻，提升散热效率。
但由于陶瓷基材、铜管和环氧树脂三种材料热膨胀系数差异明显，使用过程会产生温度传递，一段时间后粘合剂发生体积膨胀，将功率器件弹开，致使器件不能紧密贴合无法散热，最终导致器件烧毁，且由陶瓷基材、铜管和环氧树脂组合而成的液冷板环氧树脂在缝隙内存在不均匀，且环氧树脂内含有气泡，影响液冷板质量，因此，我们提出一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，加入三氧化二铝粉和二氧化硅粉添加剂，使得物理性能更加稳定，三氧化二铝的加入不仅提升了环氧树脂的导热效率，还降低了环氧树脂的体积膨胀系数，再辅以机械加工、研磨、热应力去除等工艺最终得到相对稳定的物理性能，从而消除热膨胀，且制作液冷板时，去除环氧树脂内的气泡，提高液冷板的质量，确保液冷板的散热效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，包括以下步骤：
步骤1，预置膨胀间隙，陶瓷基板和液冷管之间预留膨胀间隙；
步骤2，所述膨胀间隙中用于填充能消除热膨胀的环氧树脂组合物；环氧树脂组合物包括环氧树脂、添加剂；所述添加剂中包括固化剂、三氧化二铝粉、二氧化硅粉；
步骤3，组合安装；将液冷管压入陶瓷基板，倒入步骤2中配比好的环氧树脂组合物，使用热风枪加热环氧树脂组合物，然后常温固化形成液冷板；
步骤4：去除液冷板上凸起的材料；去除环氧树脂组合物固化后凸出陶瓷基板1的部分；
步骤5：液冷板升温；
步骤6：研磨；
步骤7：冷却。
具体的，步骤1中，膨胀间隙为陶瓷基板和液冷管之间的球面缝隙预留为0.05~0.1mm，端口预留0.1-0.8mm。
本发明一个较佳实施例中，步骤2中，取环氧树脂和固化剂，按10：1在配料罐内配比混合再用烘箱加热静置融混，然后取出后然后放入4：1比例的三氧化二铝粉和二氧化硅粉，搅拌形成环氧树脂组合物。
本发明一个较佳实施例中，步骤2中，环氧树脂和固化剂先使用镂空式球形搅拌头顺时针搅拌10分钟后置于烘箱内以60~70℃的温度加热并保温10分钟。步骤3中，使用热风枪加热环氧树脂组合物提升环氧树脂组合物的流动性，同时使用竹筏划破气泡，随后放置常温固化8小时。
具体的，使用镂空式球形搅拌头顺时针搅拌10分钟后置于烘箱内以60~70℃的温度加热并保温10分钟，提高树脂的流动性和去除气泡。环氧树脂组合物中的三氧化二铝粉有利于调整环氧树脂的热膨胀系数，二氧化硅粉有利于后期的快速固化。
本发明一个较佳实施例中，步骤4中，使用数控刀具将凸起材料去除，凸起的固化的环氧树脂组合物去除至和陶瓷基板平面平齐即可。
本发明一个较佳实施例中，步骤5中，将液冷板放置烘箱内50°±5°，保温12小时，自然冷却至室温，升温会加快树脂的体积膨胀。
本发明一个较佳实施例中，步骤6中，使用金刚石100-200目砂轮，对液冷板内的陶瓷基板的基面进行粗研磨，此时的树脂体积膨胀接近最大化，研磨至规定尺寸。
本发明一个较佳实施例中，步骤7中，通过清水冲净经过步骤6加工过的液冷板，然后置于烘箱内60°±5°保温12小时，再取出自然冷却至环境温度并保持12小时。
本发明一个较佳实施例中，步骤8，超声波清洗加热：使用超声波清洗液冷板，并对水温加热至80°±5°，利用液体微气泡震动对吸附材料表面粗糙颗粒进行擦洗和剥离，时间30分钟，加热可以再一次释放体积膨胀。
本发明一个较佳实施例中，步骤9：精细研磨：使用金刚石300-500目砂轮，在制作台上对液冷板内陶瓷基板的基面精细研磨；或/和，所述液冷管采用的是铜管。
本发明一个较佳实施例中，步骤10：常温清洗：放置在常温清洗环境中洗净液冷板。
本发明一个较佳实施例中，步骤11：烘干，将液冷板置于烘箱内40°烘干并自然冷却至环境温度。
本发明一个较佳实施例中，步骤12：包装，通过真空包装设备对烘干后的液冷板进行真空包装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，加入三氧化二铝粉和二氧化硅粉添加剂，使得物理性能更加稳定，三氧化二铝的加入不仅提升了环氧树脂的导热效率，还降低了环氧树脂的体积膨胀系数，再辅以机械加工、研磨、热应力去除等工艺最终得到相对稳定的物理性能，从而消除热膨胀，且制作液冷板时，去除环氧树脂内的气泡，提高液冷板的质量，确保液冷板的散热效果。
1.在环氧树脂内放入三氧化二铝粉和二氧化硅粉，三氧化二铝粉有利于调整环氧树脂的热膨胀系数，二氧化硅粉有利于后期的快速固化，使得物理性能更加稳定，降低了环氧树脂的体积膨胀系数；
2.通过去除凸起材料、液冷板升温、粗研磨、冷却、超声波清洗加热、精细研磨和常温清洗机械加工方法和热应力去除方法，最终得到相对稳定的物理性能，从而消除热膨胀；
3.消除热膨胀时，通过加热保温提高树脂的流动性和去除气泡，且组合安装时，使用热风枪加热环氧树脂，提升环氧树脂的流动性，使得环氧树脂均匀的布满膨胀间隙，且使用竹筏划破气泡，确保液冷板的质量，从而确保液冷板的散热效果。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明陶瓷基板侧视剖切结构示意图；
图3为本发明陶瓷基板正视剖切结构示意图；
图4为本发明材料膨胀系数列表；
图中：1、陶瓷基板；2、铜管；3、环氧树脂组合物。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1-图4所示，一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，包括以下步骤：
步骤1，预置膨胀间隙，陶瓷基板1和液冷管之间预留膨胀间隙。具体的，液冷管采用的是铜管2。膨胀间隙为陶瓷基板1和铜管2之间的球面缝隙预留为0.05~0.1mm，端口预留0.1-0.8mm。
步骤2，所述膨胀间隙中用于填充能消除热膨胀的环氧树脂组合物；环氧树脂组合物包括环氧树脂、添加剂；所述添加剂中包括固化剂、三氧化二铝粉、二氧化硅粉，步骤2中，取环氧树脂和固化剂，按10：1在配料罐内配比混合再用烘箱加热静置融混，然后取出后然后放入4：1比例的三氧化二铝粉和二氧化硅粉，搅拌形成环氧树脂组合物3。步骤2中，环氧树脂和固化剂先使用镂空式球形搅拌头顺时针搅拌10分钟后置于烘箱内以60~70℃的温度加热并保温10分钟。具体的，使用镂空式球形搅拌头顺时针搅拌10分钟后置于烘箱内以60~70℃的温度加热并保温10分钟，提高树脂的流动性和去除气泡。环氧树脂组合物3中的三氧化二铝粉有利于调整环氧树脂的热膨胀系数，二氧化硅粉有利于后期的快速固化。
步骤3，组合安装；将铜管2压入陶瓷基板1，倒入步骤2中配比好的环氧树脂组合物3，使用热风枪加热环氧树脂组合物3，然后常温固化形成液冷板；步骤3中，使用热风枪加热环氧树脂组合物3提升环氧树脂组合物3的流动性，同时使用竹筏划破气泡，随后放置常温固化8小时。
步骤4，去除液冷板上凸起的材料；去除环氧树脂组合物3固化后凸出陶瓷基板1的部分；步骤4中，使用数控刀具将凸起材料去除，凸起的固化的环氧树脂组合物3去除至和陶瓷基板1平面平齐即可。
步骤5，液冷板升温；将液冷板放置烘箱内50°±5°，保温12小时，自然冷却至室温，升温会加快树脂的体积膨胀。
步骤6，研磨；使用金刚石100-200目砂轮，对液冷板内的陶瓷基板1的基面进行粗研磨，此时的树脂体积膨胀接近最大化，研磨至规定尺寸。
步骤7，冷却；通过清水冲净经过步骤6加工过的液冷板，然后置于烘箱内60°±5°保温12小时，再取出自然冷却至环境温度并保持12小时。
步骤8，超声波清洗加热：使用超声波清洗液冷板，并对水温加热至80°±5°，利用液体微气泡震动对吸附材料表面粗糙颗粒进行擦洗和剥离，时间30分钟，加热可以再一次释放体积膨胀。
步骤9，精细研磨：使用金刚石300-500目砂轮，在制作台上对液冷板内陶瓷基板1的基面精细研磨。
步骤10，常温清洗：放置在常温清洗环境中洗净液冷板。
步骤11，烘干，将液冷板置于烘箱内40°烘干并自然冷却至环境温度。
步骤12，包装，通过真空包装设备对烘干后的液冷板进行真空包装。
实施例二
如图1-图4所示，一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，具体包括：
步骤1：预置膨胀间隙。陶瓷基板1和铜管2之间的球面缝隙预留为0.08mm,端口预留0.3mm，用以填充环氧树脂组合物3消除热膨胀。
步骤2：环氧树脂组合物3首先是环氧树脂与添加剂配合；添加剂采用的是固化剂。取环氧树脂和固化剂，按10：1在配料罐内配比，使用镂空式球形搅拌头顺时针搅拌10分钟后置于烘箱内以60~70℃的温度加热并保温10分钟，提高树脂的流动性和去除气泡；之后从烘箱内取出与添加剂配合后的环氧树脂。然后放入4：1比例的三氧化二铝粉和二氧化硅粉，搅拌2分钟形成环氧树脂组合物3。环氧树脂组合物3中的三氧化二铝粉有利于调整环氧树脂的热膨胀系数，二氧化硅粉有利于后期的快速固化。
步骤3：组合安装；将铜管2压入陶瓷基板1，倒入步骤2中配比好的环氧树脂组合物3，使用热风枪加热环氧树脂组合物3。该过程可提升环氧树脂组合物3的流动性，便于对步骤1中预留的膨胀间隙的填充，同时使用竹筏划破气泡，随后放置常温固化8小时；
步骤4：去除凸起材料；配置的环氧树脂组合物3和铜管2会凸出陶瓷基板1，使用数控刀具将凸起材料去除，凸起的固化的环氧树脂组合物3去除至和陶瓷基板1平面平齐即可，形成液冷板；
步骤5：液冷板升温：陶瓷基板1、铜管2和与环氧树脂组合物3组合成液冷板，将液冷板放置烘箱内50°±2°，保温12小时，自然冷却至室温，升温会加快树脂的体积膨胀；
步骤6：粗研磨：使用金刚石150目砂轮，对液冷板内的陶瓷基板1的基面进行粗研磨，此时的树脂体积膨胀接近最大化，研磨至规定尺寸；
步骤7：冷却：通过清水冲净经过步骤6加工过的液冷板，然后置于烘箱内60°±2°保温12小时，再取出自然冷却至环境温度并保持12小时；
步骤8：超声波清洗加热：使用超声波清洗液冷板，并对水温加热至80°±2°，利用液体微气泡震动对吸附材料表面粗糙颗粒进行擦洗和剥离，时间30分钟，加热可以再一次释放体积膨胀；
步骤9：精细研磨：使用金刚石400目砂轮，在制作台上对液冷板内陶瓷基板1的基面精细研磨；
步骤10：常温清洗：放置在常温清洗环境中洗净液冷板；
步骤11：烘干，将液冷板置于烘箱内40°烘干并自然冷却至环境温度；
步骤12：包装，通过真空包装设备对烘干后的液冷板进行真空包装。
具体的，在步骤2中，删除二氧化硅粉，即步骤2不放二氧化硅粉时，步骤3在常温下固化需要24小时，根据添加剂的情况选择固化时间，确保液冷板质量。步骤9中对陶瓷基面进行精细研磨时，保持充分润滑和冷却。铜管2通过环氧树脂组合物3固定在陶瓷基板1上，便于固定安装铜管2。
工作原理：
本发明中在进行消除热膨胀时，在陶瓷基板1上预留膨胀间隙，陶瓷基板1和铜管2之间的球面缝隙预留膨胀间隙，通过膨胀间隙填充环氧树脂组合物用于消除热膨胀。
环氧树脂组合物中首先采用的是取配比为10：1的环氧树脂和固化剂混合，使用镂空式球形搅拌头顺时针搅拌10分钟后置于烘箱内在预设的温度下加热静置，提高树脂的流动性和去除气泡形成环氧树脂组合物3，之后从烘箱内取出环氧树脂组合物3，然后放入比例为4：1的三氧化二铝粉和二氧化硅粉，搅拌混合，其中的三氧化二铝粉有利于调整环氧树脂的热膨胀系数，二氧化硅粉有利于后期的快速固化；再将铜管2压入陶瓷基板1，倒入配比好的环氧树脂组合物3，使用热风枪加热环氧树脂组合物3，用热风枪加热可提升环氧树脂的流动性，便于预留缝隙的填充，同时使用竹筏划破气泡，随后放置常温固化此时如果未放1比例的二氧化硅粉时，在常温下固化需要24小时。安装好铜管2之后配置的环氧树脂组合物3会凸起陶瓷基板1，使用数控刀具将凸起的环氧树脂组合物3材料去除，使得环氧树脂组合物3的固定物和陶瓷基板1平面平齐即可；陶瓷基板1、铜管2和环氧树脂组合物3组合成液冷板，将液冷板放置烘箱内加热，保温12小时，自然冷却至室温，升温会加快树脂的体积膨胀。接着使用金刚石150目砂轮，对液冷板内陶瓷基板1的基面进行粗研磨，此时树脂体积膨胀接近最大化，研磨至规定尺寸，然后通过清水冲净液冷板，然后置于烘箱内60°±2°保温12小时，自然冷却至环境温度并保持12小时；使用超声波清洗液冷板，并对水温加热至80°±2°，利用液体微气泡震动对吸附材料表面粗糙颗粒进行擦洗和剥离，时间30分钟，加热可以再一次释放体积膨胀；为了达到最佳平面度和粗糙度，使用金刚石400目砂轮，在制作台上对液冷板内陶瓷基板1的基面精细研磨，该过程要保持充分润滑和冷却；将液冷板放置在常温清洗环境中洗净，然后将液冷板置于烘箱内40°烘干并自然冷却至环境温度，接着通过真空包装设备对烘干后的液冷板进行真空包装。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，预置膨胀间隙，陶瓷基板和液冷管之间预留膨胀间隙；
步骤2，所述膨胀间隙中用于填充能消除热膨胀的环氧树脂组合物；环氧树脂组合物包括环氧树脂、添加剂；所述添加剂中包括固化剂、三氧化二铝粉、二氧化硅粉；
步骤3，组合安装；将液冷管压入陶瓷基板，倒入步骤2中配比好的环氧树脂组合物3，使用热风枪加热环氧树脂组合物，然后常温固化形成液冷板；
步骤4：去除液冷板上凸起的材料；去除环氧树脂组合物固化后凸出陶瓷基板的部分；
步骤5：液冷板升温；
步骤6：粗研磨；
步骤7：冷却。
2.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：步骤2中，取环氧树脂和固化剂，按10：1在配料罐内配比混合再用烘箱加热静置融混，然后取出后然后放入4：1比例的三氧化二铝粉和二氧化硅粉，搅拌形成环氧树脂组合物。
3.根据权利要求2所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：
步骤2中，环氧树脂和固化剂先使用镂空式球形搅拌头顺时针搅拌10分钟后置于烘箱内以60~70℃的温度加热并保温10分钟；
步骤3中，使用热风枪加热环氧树脂组合物3提升环氧树脂组合物的流动性，同时使用竹筏划破气泡，随后放置常温固化8小时。
4.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：步骤4中，使用数控刀具将凸起材料去除，凸起的固化的环氧树脂组合物去除至和陶瓷基板平面平齐即可。
5.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：步骤5中，将液冷板放置烘箱内50°±5°，保温12小时，自然冷却至室温，升温会加快树脂的体积膨胀。
6.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：步骤6中，使用金刚石100-200目砂轮，对液冷板内的陶瓷基板的基面进行粗研磨，此时的树脂体积膨胀接近最大化，研磨至规定尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：步骤7中，通过清水冲净经过步骤6加工过的液冷板，然后置于烘箱内60°±5°保温12小时，再取出自然冷却至环境温度并保持12小时。
8.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：步骤8：超声波清洗加热：使用超声波清洗液冷板，并对水温加热至80°±5°，利用液体微气泡震动对吸附材料表面粗糙颗粒进行擦洗和剥离，时间30分钟，加热后能再一次释放体积膨胀。
9.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：步骤9：精细研磨：使用金刚石300-500目砂轮，在制作台上对液冷板内陶瓷基板的基面精细研磨；
或/和，所述液冷管采用的是铜管。
10.根据权利要求1所述的一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法，其特征在于：
步骤10：常温清洗：放置在常温清洗环境中洗净液冷板；
步骤11：烘干，将液冷板置于烘箱内40°烘干并自然冷却至环境温度；
步骤12：包装，通过真空包装设备对烘干后的液冷板进行真空包装。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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